基于分相功率的電能計量裝置接線異常遠程研判方法

王 壯 童格格 秦立瑛

（國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司）

0 引言

電能計量裝置接線正確，是保障計量結果正確無誤的基礎條件。目前，電網企業通常采取周期性現場檢驗的方式以保障接線正確，由專業計量人員前往裝置運行現場，采用現場校驗儀等設備逐一檢查計量裝置接線是否正確［1］。該方法存在排查周期長因而接線異常無法及時發現、人力消耗大且技術水平要求高、交通時間成本高等不足。

本文針對用電量較大的專變用戶常用的三相三線計量裝置，提出基于分相功率的接線異常遠程研判方法。基于自動化抄表系統常規采集的分相有功、分相無功數據，考慮電氣參數特征，研究計量裝置接線異常遠程研判方法，幫助提高錯接線檢查的工作效率；提出接線相量圖的遠程獲取方法，為人工遠程分析提供必需的圖形工具支撐。

1 無功四象限與接線相量圖的等效關系分析

計量人員進行計量裝置接線檢查時，通常是利用現場校驗儀獲取接線相量圖，考慮用戶負荷性質等多種因素，分析其與正常接線下的圖形特征是否一致，實現接線檢查［2］。

接線相量圖的獲取通常需要采用專用設備，測量電壓、電流及其相互間的相角關系。本文研究無功四象限與接線相量圖間的電氣相量等效關系，提出基于無功四象限的計量裝置電氣關系獲取。

某三相三線計量裝置在某時刻的無功四象限如圖1所示，其接線相量圖如圖2所示。

圖1 無功四象限

圖2 接線相量圖

對比二者發現，無功四象限中P軸即為相電壓，負荷運行點M1、M2包含運行電流與相電壓間的相角關系。此外，基于三相電的電氣特征可知，線電壓與相電壓間的相角關系固定。因此，無功四象限與接線相量圖包含的電氣特征等效，二者的差異在于坐標軸的旋轉與變換，具體關系如圖3所示。

圖3 電氣關系示意圖

以有功功率P作為X軸，無功功率Q作為Y軸建立直角坐標系，Uab與Ucb重疊，與在圖中繪出各組功率點。以某時刻A、C兩相的分相功率點M1（p1，q1）、M2（p2，q2）為例，連接坐標原點O和點M1、M2，則代表A相電流，代表C相電流。

綜上，基于遠程易于獲取的分相有功、無功數據，即可實現計量電壓、電流及其相互間的相角關系獲取，為接線異常遠程研判提供數據基礎。

2 接線異常遠程研判方法

式中，?為考慮三相負荷不平衡的角度變化量。

由余弦公式可知，

令t=結合兩點間距離公式，可得：

簡化后，得：

若計量裝置接線正確，則必然滿足公式（4）。因此，基于自動化抄表系統常規采集的分相有功、無功數據，通過機器自動化執行t值計算，判斷t值是否越過合理區間，即可實現大批量計量裝置疑似接線異常的快速研判。

如果計算得出的t值超過了合理區間，即超過了參考數據的平均值加減兩倍標準差的范圍，那么就可以判斷出存在疑似接線異常的情況。因為正常情況下，數據的差異應該在一定范圍內，如果超過了該范圍，就說明可能存在接線異常的情況。

通過這種自動化的方式，可以實現對大批量計量裝置疑似接線異常的快速研判。相比傳統的人工檢查方法，自動化抄表系統可以更高效地檢測出異常情況，節省了人力和時間成本。當然，這種方法也有一定的局限性。例如，在數據采集過程中可能存在其他干擾因素導致數據異常，這就需要在算法設計和數據分析過程中進行一定的優化和處理。此外，還需要定期檢查和維護抄表系統，確保其穩定運行和準確采集數據。

需要注意的是，兩相電流夾角θ在60°左右并不表示裝置一定接線正確，仍有少量接線異常類型滿足該電氣特征，因此本方法無法全量替代周期性現場檢驗，但能夠實現大部分接線異常類型的快速發現和定位，大大提高工作效率，避免計量及電費錯誤不斷累積，幫助提升用戶滿意度。

3 基于分相功率的接線相量圖遠程獲取

基于無功四象限和接線相量圖的等效電氣關系，本文提出了基于分相功率的接線相量圖遠程獲取方法，為計量人員遠程分析研判接線狀態提供重要圖形支撐工具，有效降低交通時間及運輸成本，提高工作效率。

無功四象限與接線相量圖包含的電氣特征等效，二者的差異在于坐標軸的旋轉與變換，因此接線相量圖遠程獲取的關鍵，一是通過基于無功四象限進行極坐標轉換，二是考慮電壓接線順、逆相序下接線相量圖的差異。

首先來看無功四象限。無功功率是指交流電系統中產生的不對外界做功的能量，它可以分為四個象限：第一象限表示電源提供無功功率，第二象限表示電源吸收無功功率，第三象限表示負載提供無功功率，第四象限表示負載吸收無功功率。無功四象限圖以電源和負載之間的功率因數作為坐標軸，通過左右移動或上下移動來改變電流和電壓之間的相位角度，從而改變功率因數。

接下來是接線相量圖。接線相量圖主要用來描述電氣設備之間的互連關系和電氣特征。它包含了電流和電壓的大小和相位差，通過箭頭的方向表示電流的流動方向，而箭頭的長度則表示電流的大小。接線相量圖可以通過將電流和電壓的相量大小進行比例縮放，從而得到全局的電氣特征。

接線相量圖的遠程獲取關鍵有兩點。第一是基于無功四象限進行極坐標轉換。通過將無功功率的象限信息轉換為極坐標，從而得到電流和電壓的相量大小和相位差。第二是考慮電壓接線順、逆相序下接線相量圖的差異。接線相量圖中電壓和電流的相位差受到電壓接線方式的影響，在順相序和逆相序下可能會有不同的效果。

對于三相三線電能計量裝置，電壓接線順相序下，將無功四象限（p1，q1）、（p2，q2）轉化為接線相量圖中A、C兩相的電流坐標（pa，qa）、（pc，qc），坐標變換公式如式（5）所示。

電壓接線逆相序下，坐標變換公式如式（6）所示。

以某三相三線電能計量裝置為例，其電壓接線為順相序。選取某組功率點：

經坐標變換后，得到接線相量圖如圖4所示。

圖4 電氣關系示意圖

從接線相量圖看，三相負荷較為對稱，呈現偏容性的負荷特點，相角關系符合正確接線下的圖形特征，可判定為接線正確。

4 結束語

為提升電能計量裝置接線檢查業務的工作效率，實現周期性現場檢查的部分替代，本文提出了基于分相功率的電能計量裝置接線異常遠程研判方法。基于自動化抄表系統常規采集的分相有功、無功數據，考慮無功四象限與接線相量圖的等效電氣關系，研究適用于機器自動化執行的接線異常遠程研判方法，實現大部分接線異常類型的快速發現和定位，大大提高工作效率；基于極坐標轉換數學原理與電氣特征轉換，提出基于分相功率的接線相量圖遠程獲取方法，為計量人員遠程分析研判接線狀態提供重要圖形支撐工具，有效降低交通時間及運輸成本，促進提質增效。